Prove di caratterizzazione dinamica
In genere le prove di carico statiche sono utilizzate per saggiare la
risposta di strutture ai carichi verticali
Le prove con azioni orizzontali risultano spesso inattuabili per la
difficoltà di disporre di una struttura di contrasto abbastanza
rigida e più resistente della struttura in prova e di una struttura di
riferimento per gli strumenti di misura che non abbia movimenti
durante tutto il corso della prova
In questi casi, e su strutture che si prevede siano cimentate da
importanti azioni dinamiche, è conveniente condurre prove
dinamiche
1
Si effettuano sottoponendo la struttura ad una eccitazione
dinamica (azione variabile rapidamente nel tempo) e
registrando la risposta, anch’essa dinamica, in termini di
spostamenti, velocità, o accelerazioni.
naturale: vento, traffico, sisma, ...
eccitazione
forzata: rilascio, urto, vibrodina, campane, ...
L’obiettivo è ricavare le caratteristiche dinamiche della
struttura, che sono legate alle caratteristiche di massa e di
rigidezza.
FREQUENZA PROPRIA DI VIBRAZIONE
NATURALE
1
k
f 

2 m
2
Prove di vibrazione naturale
• si registrano per un tempo sufficientemente lungo
accelerazioni o spostamenti della struttura provocati dalle
condizioni ambientali
• mediante l'analisi di Fourier, si ricavano frequenza propria di
vibrazione e smorzamento
• note le masse, si ricavano informazioni sulle rigidezze
3,00E-06
2,50E-06
2,00E-06
A1
1,50E-06
A2
A3
A4
1,00E-06
5,00E-07
0,00E+00
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
f [Hz]
35
Prove di rilascio e urto
• si imprime alla struttura uno spostamento dalla posizione di
equilibrio statico oppure si imprime un urto
• si provocano le vibrazioni libere della struttura
• si registrano accelerazioni o spostamenti nel tempo
• si ricavano frequenza propria di vibrazione e smorzamento
• note le masse, si ricavano informazioni sulle rigidezze
1
2
a [m/s ]
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
t [s ]
-0,2
-0,4
T
T
T = 1/f
-0,6
4
-0,8
acc.6
acc.7
acc.4
acc.5
ANELLO D'IMPOSTA
acc.3
3
ANELLO
2
acc.2
ca
acc.1
vo
di
a
cc
iai
o
1505
ANELLO
trasd. 1
877
trasd.2
570
ANELLO 1
F
1900
trasd. 2
acc.6
acc.7
F
220
trasd. 1
5
6
Risultati
140
120
100
3V
prove a serbatoio vuoto
80
2V
1V
60
40
20
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
f [Hz]
120
100
f [Hz]
3.0
acc 6
80
sperimentale
serbatoio
pieno
teorico
0.80
-
0.83
0.
sperimentale
serbatoio
vuoto
teorico
1.11
0.
1.12
0.
60
40
20
0
0
1
2
3
4
f [Hz]
5
7
Prove di vibrazione forzata
Se si sollecita una struttura con una forza variabile nel tempo, ad
esempio periodica, la struttura entra in vibrazione.
La risposta della struttura (cioè lo spostamento rispetto alla
posizione di equilibrio statico, o la velocità, o la accelerazione) è
anch’essa variabile nel tempo con la stessa frequenza della
forzante.
A parità di intensità della forza applicata, la risposta è tanto più
grande quanto più la frequenza della forzante si avvicina alla
frequenza propria della struttura
RISONANZA
8
• Si sollecita la struttura con una forzante periodica di frequenza
variabile con continuità
• Si registra la risposta della struttura nel tempo
• Si rileva la frequenza in corrispondenza della massima
ampiezza di risposta
• Tale frequenza è la frequenza propria di vibrazione della
struttura
0.6
20
a
2
[m /s ]
0.5
15
10
0.4
5
0.3
0
-5
0.2
-10
-15
0.1
-20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
t [s]
90
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
f [Hz]
Grafico della risposta nel tempo
Ampiezza della risposta in
funzione della frequenza
9
Misura delle vibrazioni ed effetti sulle
costruzioni e sulle persone
Il problema della misura di vibrazioni si presenta abbastanza
spesso e sempre più di frequente, in conseguenza dell'aumento
delle cause che le producono: traffico stradale, metropolitane,
ferrovie, macchine per esecuzione di lavori edili, ecc.
Le vibrazioni dei fabbricati possono essere causa di:
• disturbo alle attività umane
• danni alle strutture
• danni ad elementi di pregio contenuti negli edifici
• malfunzionamento di strumenti o apparecchiature
10
Il problema si pone nei seguenti termini:
• la misura delle vibrazioni
• l'analisi degli effetti
• il giudizio sull'accettabilità delle vibrazioni
La misura delle vibrazioni
è effettuata tramite
accelerometri, o trasduttori
dinamici di spostamento o di
velocità
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Analisi degli effetti e giudizio sull'accettabilità
dipende dal tipo di problema posto:
disturbo agli occupanti: UNI 9614-1990, UNI 11048-2003
forniscono indicazioni sulle misure da effettuare, sulle
elaborazioni di tali misure e valori di confronto per stabilire
l'accettabilità (derivazione dalla medicina del lavoro)
disturbo a strumentazioni e lavorazioni di precisione: i livelli di
disturbo sono ben noti, fanno parte delle caratteristiche di
impiego degli strumenti
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danno strutturale:
se si tratta di sollecitazioni di fatica (sollecitazioni cicliche a livelli
abbastanza alti di tensione) la procedura di valutazione è ben nota:
stato limite ultimo di fatica per strutture in acciaio e in c.a.
se si tratta di vibrazioni ambientali, in genere il livello delle
vibrazioni è molto basso ma molto grande è il numero di cicli a cui
è soggetta la struttura nella sua vita.
in generale, ma specialmente per le strutture in muratura che sono
le più sensibili a questi fenomeni, non si dispone di relazioni ben
verificate
i materiali privi di coesione sono i più sensibili alle vibrazioni,
perché le particelle vibrano ciascuna per conto proprio: si possono
avere compattazioni, ulteriore perdita di consistenza, ecc.
lo stesso vale per le strutture se le varie parti non sono ben
connesse fra loro
13
il riferimento è la UNI 9916:2004 che riporta una
classificazione degli edifici (in funzione della tipologia, del
tipo di struttura, delle fondazioni e del tipo di terreno) secondo
la resistenza meccanica alle vibrazioni e la tolleranza
accettabile per gli effetti delle vibrazioni
sono forniti poi dei valori, da considerare "orientativi" per
esplicita ammissione, dei livelli di vibrazione ritenuti
accettabili (in termini di velocità di vibrazione)
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